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    Redis-12-缓存穿透和雪崩 |  朱酱酱的学习博客
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  <article id="post-Redis/Redis-12-缓存穿透和雪崩" class="article article-type-post" itemscope
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<h1 class="article-title sea-center" style="border-left:0" itemprop="name">
  Redis-12-缓存穿透和雪崩
</h1>
  

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  <time datetime="2020-04-16T10:32:24.000Z" itemprop="datePublished">2020-04-16</time>
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      <h1 id="Redis-12-缓存穿透和雪崩和击穿"><a href="#Redis-12-缓存穿透和雪崩和击穿" class="headerlink" title="Redis-12-缓存穿透和雪崩和击穿"></a>Redis-12-缓存穿透和雪崩和击穿</h1><p><strong>以下都是服务器的高可用问题</strong></p>
<p>参考博客：<a href="https://blog.csdn.net/haoxin963/article/details/83245113" target="_blank" rel="noopener">https://blog.csdn.net/haoxin963/article/details/83245113</a></p>
<p>​                   <a href="https://blog.csdn.net/zeb_perfect/article/details/54135506" target="_blank" rel="noopener">https://blog.csdn.net/zeb_perfect/article/details/54135506</a></p>
<p><strong>面试高频，工作常用</strong></p>
<ul>
<li><strong>大多数公司目前的数据库查询结构</strong></li>
</ul>
<p><img src="http://zhuuu-bucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/img/20200416/183833025.png" alt="mark"></p>
<a id="more"></a>



<h2 id="1-缓存穿透（查不到）"><a href="#1-缓存穿透（查不到）" class="headerlink" title="1. 缓存穿透（查不到）"></a>1. 缓存穿透（查不到）</h2><h3 id="1-1-概念"><a href="#1-1-概念" class="headerlink" title="1.1 概念"></a>1.1 概念</h3><ul>
<li><p>业务系统要查询的数据根本就不存在！当业务系统发起查询时，按照上述流程，首先会前往缓存中查询，由于缓存中不存在，然后再前往数据库中查询。由于该数据压根就不存在，因此数据库也返回空。这就是缓存穿透。</p>
</li>
<li><p>综上所述：业务系统访问压根就不存在的数据，就称为缓存穿透。</p>
</li>
</ul>
<h3 id="1-2-危害"><a href="#1-2-危害" class="headerlink" title="1.2 危害"></a>1.2 危害</h3><ul>
<li>如果存在海量请求查询压根就不存在的数据，那么这些海量请求都会落到数据库中，数据库压力剧增，可能会导致系统崩溃（你要知道，目前业务系统中最脆弱的就是IO，稍微来点压力它就会崩溃，所以我们要想种种办法保护它）。</li>
</ul>
<h3 id="1-3-原因"><a href="#1-3-原因" class="headerlink" title="1.3 原因"></a>1.3 原因</h3><p>发生缓存穿透的原因有很多，一般为如下两种：</p>
<ul>
<li><strong>恶意攻击，</strong>故意营造大量不存在的数据请求我们的服务，由于缓存中并不存在这些数据，因此海量请求均落在数据库中，从而可能会导致数据库崩溃。</li>
<li>代码逻辑错误。这是程序员的锅，没啥好讲的，开发中一定要避免！</li>
</ul>
<h3 id="1-4-解决方案"><a href="#1-4-解决方案" class="headerlink" title="1.4 解决方案"></a>1.4 解决方案</h3><ul>
<li>这两种方案都能解决缓存穿透的问题，但使用场景却各不相同。</li>
</ul>
<ol>
<li><strong>布隆过滤器（BloomFilter）</strong></li>
</ol>
<p><img src="http://zhuuu-bucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/img/20200731-171258958.png" alt="mark"></p>
<ul>
<li><p>它需要在缓存之前再加一道屏障，里面存储目前数据库中存在的所有key，如上图所示</p>
</li>
<li><p>当业务系统有查询请求的时候，首先去BloomFilter中查询该key是否存在。若不存在，则说明数据库中也不存在该数据，因此缓存都不要查了，直接返回null。若存在，则继续执行后续的流程，先前往缓存中查询，缓存中没有的话再前往数据库中的查询。</p>
</li>
</ul>
<ol start="2">
<li><strong>缓存空对象</strong></li>
</ol>
<ul>
<li>之所以发生缓存穿透，是因为缓存中没有存储这些空数据的key，导致这些请求全都打到数据库上。</li>
<li>那么，我们可以稍微修改一下业务系统的代码，<strong>将数据库查询结果为空的key也存储在缓存中</strong>。当后续又出现该key的查询请求时，缓存直接返回null，而无需查询数据库。</li>
<li>当存储层不命中后，即使返回的空对象也将其缓存起来，同时会设置一个过期时间，之后再访问这个数据将会从缓存中获取，保护了后端数据源；</li>
</ul>
<p><img src="http://zhuuu-bucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/img/20200416/184512973.png" alt="mark"></p>
<p>但是这种方法会存在两个问题：</p>
<ol>
<li>第一，<strong>空值做了缓存，意味着缓存层中存了更多的键</strong>，需要更多的内存空间 ( 如果是攻击，问题更严重 )，比较有效的方法是针对这类数据设置一个较短的过期时间，让其自动剔除。 </li>
<li>第二，<strong>缓存层和存储层的数据会有一段时间窗口的不一致</strong>，可能会对业务有一定影响。例如过期时间设置为 5 分钟，如果此时存储层添加了这个数据，那此段时间就会出现缓存层和存储层数据的不一致，此时<strong>可以利用消息系统或者其他方式清除掉缓存层中的空对象。</strong></li>
</ol>
<h3 id="1-5-两种方案的比较"><a href="#1-5-两种方案的比较" class="headerlink" title="1.5 两种方案的比较"></a>1.5 两种方案的比较</h3><ul>
<li>这两种方案都能解决缓存穿透的问题，但使用场景却各不相同。</li>
<li>对于一些恶意攻击，<strong>查询的key往往各不相同，而且数据贼多</strong>。（此时使用<strong>布隆过滤器</strong>比较合适）。（因为它需要存储所有空数据的key，而这些恶意攻击的key往往各不相同，而且同一个key往往只请求一次。因此即使缓存了这些空数据的key，由于不再使用第二次，因此也起不了保护数据库的作用。）</li>
<li><strong>key 重复率较高的话，选择缓存空数据比较合适。</strong></li>
</ul>
<h2 id="2-缓存击穿（热点数据集中失效）"><a href="#2-缓存击穿（热点数据集中失效）" class="headerlink" title="2. 缓存击穿（热点数据集中失效）"></a>2. 缓存击穿（热点数据集中失效）</h2><h3 id="2-1-概念"><a href="#2-1-概念" class="headerlink" title="2.1 概念"></a>2.1 概念</h3><ul>
<li>我们一般都会给缓存设定一个失效时间，过了失效时间后，该数据库会被缓存直接删除，从而一定程度上保证数据的实时性。</li>
<li>但是，对于一些请求量极高的热点数据而言，一旦过了有效时间，此刻将会有大量请求落在数据库上，从而可能会导致数据库崩溃。其过程如下图所示：</li>
</ul>
<p><img src="http://zhuuu-bucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/img/20200731-172014408.png" alt="mark"></p>
<h3 id="2-2-解决方案"><a href="#2-2-解决方案" class="headerlink" title="2.2 解决方案"></a>2.2 解决方案</h3><p><strong>解决方案1：</strong></p>
<ul>
<li><strong>让缓存永不过期。即便某些商品自己发酵成了爆款，也是直接设为永不过期就好了。</strong></li>
</ul>
<p>“永远不过期”包含两层意思：<br>从缓存层面来看，确实没有设置过期时间，所以不会出现热点 key 过期后产生的问题，也就是“物理”不过期。<br>从功能层面来看，为每个 value 设置一个逻辑过期时间，当发现超过逻辑过期时间后，会使用单独的线程去构建缓存</p>
<p><img src="http://zhuuu-bucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/img/20200731-172227270.png" alt="mark"></p>
<p>从实战看，此方法有效杜绝了热点 key 产生的问题，但唯一不足的就是重构缓存期间，会出现数据不一致的情况，这取决于应用方是否容忍这种不一致。</p>
<p><strong>解决方案2：</strong></p>
<ul>
<li><strong>互斥锁</strong></li>
</ul>
<p>此方法只允许一个线程重建缓存，其他线程等待重建缓存的线程执行完，重新从缓存获取数据即可，整个过程如图 : </p>
<p><img src="http://zhuuu-bucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/img/20200731-172328772.png" alt="mark"></p>
<p>当第一个数据库查询请求发起后，就将缓存中该数据上锁；此时到达缓存的其他查询请求将无法查询该字段，从而被阻塞等待；当第一个请求完成数据库查询，并将数据更新值缓存后，释放锁；此时其他被阻塞的查询请求将可以直接从缓存中查到该数据。</p>
<p>互斥锁可以避免<strong>某一个</strong>热点数据失效导致数据库崩溃的问题，而在实际业务中，往往会存在一批热点数据同时失效的场景。那么，对于这种场景该如何防止数据库过载呢？</p>
<p><strong>设置不同的失效时间</strong></p>
<p>当我们向缓存中存储这些数据的时候，可以将他们的<strong>缓存失效时间错开</strong>。这样能够避免同时失效。如：在一个基础时间上加/减一个随机数，从而将这些缓存的失效时间错开</p>
<h2 id="3-缓存雪崩（缓存消失）"><a href="#3-缓存雪崩（缓存消失）" class="headerlink" title="3. 缓存雪崩（缓存消失）"></a>3. 缓存雪崩（缓存消失）</h2><h3 id="3-1-简介"><a href="#3-1-简介" class="headerlink" title="3.1 简介"></a>3.1 简介</h3><ul>
<li>如果<strong>缓存因某种原因发生了宕机</strong>，那么原本被缓存抵挡的海量查询请求就会像疯狗一样涌向数据库。此时数据库如果抵挡不了这巨大的压力，它就会崩溃。</li>
<li>这就是缓存雪崩。</li>
</ul>
<p><img src="http://zhuuu-bucket.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/img/20200416/185246109.png" alt="mark"></p>
<h3 id="3-2-解决方案"><a href="#3-2-解决方案" class="headerlink" title="3.2 解决方案"></a>3.2 解决方案</h3><p><strong>（1）redis高可用</strong></p>
<p>这个思想的含义是，既然redis有可能挂掉，那我多增设几台redis，这样一台挂掉之后其他的还可以继续工作，其实就是搭建的集群。（异地多活）</p>
<p><strong>（2）限流降级</strong></p>
<p>这个解决方案的思想是，在缓存失效后，通过加锁或者队列来控制读数据库写缓存的线程数量。比如对某个key只允许一个线程查询数据和写缓存，其他线程等待。</p>
<p><strong>这里可以使用Hystrix:</strong></p>
<ul>
<li>Hystrix是一款开源的“防雪崩工具”，它通过 <strong>熔断、降级、限流</strong>三个手段来降低雪崩发生后的损失。</li>
<li>Hystrix就是一个<strong>Java类库，它采用命令模式，每一项服务处理请求都有各自的处理器</strong>。所有的请求都要经过各自的处理器。处理器会记录当前服务的请求失败率。一旦发现当前服务的请求失败率达到预设的值，Hystrix将会拒绝随后该服务的所有请求，直接返回一个预设的结果。这就是所谓的<strong>“熔断”</strong>。</li>
<li>当经过一段时间后，Hystrix会放行该服务的一部分请求，再次统计它的请求失败率。如果此时请求失败率符合预设值，则完全打开限流开关；如果请求失败率仍然很高，那么继续拒绝该服务的所有请求。这就是所谓的<strong>“限流”</strong>。</li>
<li>而Hystrix向那些被拒绝的请求<strong>直接返回一个预设结果</strong>，被称为<strong>“降级”</strong>。</li>
</ul>

      
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      <a class="nav-item-link" href="/tags/Redis/">Redis</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/tags/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E8%80%85%E6%A8%A1%E5%BC%8F/">设计模式</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/tags/MyBatis/">MyBatis</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/tags/SpringMVC/">SpringMVC</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/tags/Spring/">Spring</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/tags/SpringBoot/">SpringBoot</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/tags/%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F/">Linux</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/tags/Leetcode/">Leetcode</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/tags/%E5%89%8D%E7%AB%AF/">前端</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/tags/%E7%BD%91%E7%BB%9C%E7%BC%96%E7%A8%8B/">网络编程</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/tags/photoshop/">photoshop</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="http://smartzhuuu.lofter.com/" target="_blank" rel="noopener">摄影</a>
    </li>
    
    <li class="nav-item">
      <a class="nav-item-link" href="/2020/about">关于我</a>
    </li>
    
  </ul>
</nav>
<nav class="navbar navbar-bottom">
  <ul class="nav">
    <li class="nav-item">
      
      <a class="nav-item-link nav-item-search"  title="Search">
        <i class="ri-search-line"></i>
      </a>
      
      
      <a class="nav-item-link" target="_blank" href="/atom.xml" title="RSS Feed">
        <i class="ri-rss-line"></i>
      </a>
      
    </li>
  </ul>
</nav>
<div class="search-form-wrap">
  <div class="local-search local-search-plugin">
  <input type="search" id="local-search-input" class="local-search-input" placeholder="Search...">
  <div id="local-search-result" class="local-search-result"></div>
</div>
</div>
      </aside>
      <div id="mask"></div>

<!-- #reward -->
<div id="reward">
  <span class="close"><i class="ri-close-line"></i></span>
  <p class="reward-p"><i class="ri-cup-line"></i>请我喝杯咖啡吧~</p>
  <div class="reward-box">
    
    <div class="reward-item">
      <img class="reward-img" src="/images/alipay.jpg">
      <span class="reward-type">支付宝</span>
    </div>
    
    
    <div class="reward-item">
      <img class="reward-img" src="/images/wechat.jpg">
      <span class="reward-type">微信</span>
    </div>
    
  </div>
</div>
      
<script src="/js/jquery-2.0.3.min.js"></script>


<script src="/js/jquery.justifiedGallery.min.js"></script>


<script src="/js/lazyload.min.js"></script>


<script src="/js/busuanzi-2.3.pure.min.js"></script>


<script src="/js/share.js"></script>



<script src="/fancybox/jquery.fancybox.min.js"></script>




<script>
  try {
    var typed = new Typed("#subtitle", {
    strings: ['昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路','衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。','众里寻他千百度。蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。'],
    startDelay: 0,
    typeSpeed: 200,
    loop: true,
    backSpeed: 100,
    showCursor: true
    });
  } catch (err) {
  }
  
</script>




<script src="/js/tocbot.min.js"></script>

<script>
  // Tocbot_v4.7.0  http://tscanlin.github.io/tocbot/
  tocbot.init({
    tocSelector: '.tocbot',
    contentSelector: '.article-entry',
    headingSelector: 'h1, h2, h3, h4, h5, h6',
    hasInnerContainers: true,
    scrollSmooth: true,
    scrollContainer:'main',
    positionFixedSelector: '.tocbot',
    positionFixedClass: 'is-position-fixed',
    fixedSidebarOffset: 'auto',
    onClick: (e) => {
      $('.toc-link').removeClass('is-active-link');
      $(`a[href=${e.target.hash}]`).addClass('is-active-link');
      $(e.target.hash).scrollIntoView();
      return false;
    }
  });
</script>


<script>
  var ayerConfig = {
    mathjax: true
  }
</script>


<script src="/js/ayer.js"></script>


<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/jquery-modal@0.9.2/jquery.modal.min.js"></script>
<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/jquery-modal@0.9.2/jquery.modal.min.css">


<!-- Root element of PhotoSwipe. Must have class pswp. -->
<div class="pswp" tabindex="-1" role="dialog" aria-hidden="true">

    <!-- Background of PhotoSwipe. 
         It's a separate element as animating opacity is faster than rgba(). -->
    <div class="pswp__bg"></div>

    <!-- Slides wrapper with overflow:hidden. -->
    <div class="pswp__scroll-wrap">

        <!-- Container that holds slides. 
            PhotoSwipe keeps only 3 of them in the DOM to save memory.
            Don't modify these 3 pswp__item elements, data is added later on. -->
        <div class="pswp__container">
            <div class="pswp__item"></div>
            <div class="pswp__item"></div>
            <div class="pswp__item"></div>
        </div>

        <!-- Default (PhotoSwipeUI_Default) interface on top of sliding area. Can be changed. -->
        <div class="pswp__ui pswp__ui--hidden">

            <div class="pswp__top-bar">

                <!--  Controls are self-explanatory. Order can be changed. -->

                <div class="pswp__counter"></div>

                <button class="pswp__button pswp__button--close" title="Close (Esc)"></button>

                <button class="pswp__button pswp__button--share" style="display:none" title="Share"></button>

                <button class="pswp__button pswp__button--fs" title="Toggle fullscreen"></button>

                <button class="pswp__button pswp__button--zoom" title="Zoom in/out"></button>

                <!-- Preloader demo http://codepen.io/dimsemenov/pen/yyBWoR -->
                <!-- element will get class pswp__preloader--active when preloader is running -->
                <div class="pswp__preloader">
                    <div class="pswp__preloader__icn">
                        <div class="pswp__preloader__cut">
                            <div class="pswp__preloader__donut"></div>
                        </div>
                    </div>
                </div>
            </div>

            <div class="pswp__share-modal pswp__share-modal--hidden pswp__single-tap">
                <div class="pswp__share-tooltip"></div>
            </div>

            <button class="pswp__button pswp__button--arrow--left" title="Previous (arrow left)">
            </button>

            <button class="pswp__button pswp__button--arrow--right" title="Next (arrow right)">
            </button>

            <div class="pswp__caption">
                <div class="pswp__caption__center"></div>
            </div>

        </div>

    </div>

</div>

<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe.min.css">
<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/default-skin/default-skin.css">
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe.min.js"></script>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe-ui-default.min.js"></script>

<script>
    function viewer_init() {
        let pswpElement = document.querySelectorAll('.pswp')[0];
        let $imgArr = document.querySelectorAll(('.article-entry img:not(.reward-img)'))

        $imgArr.forEach(($em, i) => {
            $em.onclick = () => {
                // slider展开状态
                // todo: 这样不好，后面改成状态
                if (document.querySelector('.left-col.show')) return
                let items = []
                $imgArr.forEach(($em2, i2) => {
                    let img = $em2.getAttribute('data-idx', i2)
                    let src = $em2.getAttribute('data-target') || $em2.getAttribute('src')
                    let title = $em2.getAttribute('alt')
                    // 获得原图尺寸
                    const image = new Image()
                    image.src = src
                    items.push({
                        src: src,
                        w: image.width || $em2.width,
                        h: image.height || $em2.height,
                        title: title
                    })
                })
                var gallery = new PhotoSwipe(pswpElement, PhotoSwipeUI_Default, items, {
                    index: parseInt(i)
                });
                gallery.init()
            }
        })
    }
    viewer_init()
</script>



<script type="text/x-mathjax-config">
  MathJax.Hub.Config({
      tex2jax: {
          inlineMath: [ ['$','$'], ["\\(","\\)"]  ],
          processEscapes: true,
          skipTags: ['script', 'noscript', 'style', 'textarea', 'pre', 'code']
      }
  });

  MathJax.Hub.Queue(function() {
      var all = MathJax.Hub.getAllJax(), i;
      for(i=0; i < all.length; i += 1) {
          all[i].SourceElement().parentNode.className += ' has-jax';
      }
  });
</script>

<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/mathjax@2.7.6/unpacked/MathJax.js?config=TeX-AMS-MML_HTMLorMML"></script>


<script type="text/javascript" src="https://js.users.51.la/20544303.js"></script>
  </div>
</body>

</html>